中国科学院固体物理研究所

中国科学院固体物理研究所

固体物理所在人才培养方面取得了可喜成绩，引进博士后30多人，为国家培养、输送了硕士、博士毕业生780多人，其中博士毕业生350多人，他们当中有6人获得中国科学院院长奖学金特别奖；5人获得中科院刘永龄奖学金一等奖；20多人获得中国科学院院长奖学金优秀奖和其他冠名奖学金。

固体所拥有国内一流的实验平台，包括纳米材料合成、评价、表征平台，功能材料结构表征、物性测试平台，大规模高性能计算平台，内耗测试平台与MBE生长平台。有一系列特殊材料的制备装置和一批用于材料的光学、电学、磁学和热学等物性测试及固体微结构分析的大型仪器设备，有力地支持了科研工作的顺利进行，在知识创新工程中发挥了重要作用。

建所20多年来，共获得国家发明奖、中科院自然科学奖、科技进步奖和发明奖、安徽省自然科学奖和科技进步奖等30余项，葛庭燧院士获得国际材料领域最高奖—梅尔奖、何梁何利科学技术奖以及国际内耗领域终身成就奖。我们已经申请专利64项，其中发明专利40项，已授权发明专利25项；出版专著11部；发表SCI论文1700多篇，每年SCI论文数排名在全国各科研机构中列第20名左右，1995－2004年SCI收录论文累计被引用次数排名居全国研究机构第9位、均篇引用次数居第1位。2002年、2003年、2004年连续三年论文被引用次数排名进入全国前10名。2003年、2004年连续两年论文均篇引用次数排名居全国科研机构第一名。

1982年3月――1986年10月期间所领导

所 ；长 ；：葛庭燧

所长助理：王公达

副所长 ：吴希俊（1985年）

党委书记：姚民军（1983－1989年）

1986年10月――1990年12月期间所领导

名誉所长 ：葛庭燧

副所长 ；：吴希俊（主持全面工作）、董远达

党委书记 ：姚民军

党委副书记：张长琦（1990）

1990年12月――1995年3月期间所领导

名誉所长：葛庭燧

副所长 ：戚震中（主持全面工作）、张立德

党委副书记：张长琦（1991－1996年）兼纪委副书记（1993年）1995年3月――2000年1月期间所领导

名誉所长： 葛庭燧

所 ；长 ；： 张立德

副所长 ： 崔 ；平

所长助理： 单文钧

党委副书记：单文钧兼纪委书记（1996－2002年7月）2000年1月――2004年9月期间所领导

常务副所长：崔平（2000年1月）

所 ；长 ；：崔平（2002－2003年），代理党委书记副所长 ：单文钧

所长助理：秦勇

党委副书记：单文钧兼纪委书记（2002年8月－2003年）2004年9月――2007年12月期间所领导

常务副所长：蔡伟平（2004年9月）

副所长：王玉琦

所长助理：秦勇

党委书记：单文钧兼副所长

2007年1月――2009年8月期间所领导

所长：蔡伟平

副所长：王玉琦

所长助理：秦勇

党委书记：单文钧兼副所长

2009年9月――2014年8月期间所领导

所长：蔡伟平

现任领导：

所长：孟国文

副所长兼党委书记：秦勇

副所长：曾雉

副所长：刘长松

学术团体

固体物理研究所第六届学术委员会

主 ；任：王玉琦、张裕恒

副主任：李广海、吴玉程

委 ；员（按姓氏笔画为序）：方前锋、田兴友、刘长松、孙玉平、杨昭荣、孟国文、邹良剑、 费广涛、秦晓英、徐 ；文、梁长浩、曾 ；雉、韩福生、蔡伟平

秘 ；书：杨昭荣（兼）

内耗与固体缺陷研究室

研究室简介

内多功能内耗仪耗与固体缺陷研究在国际上享有盛誉，一直活跃在该领域的最前沿，是国内内耗领域的主要研究基地，主持和参与主持了历届国内本领域的大型学术会议。研究室研制了薄膜内耗仪、声频内耗仪、液态内耗仪、多功能内耗仪，建成了国际一流的频谱齐全、温度范围宽的内耗测量装置。近年来，内耗研究领域不断拓展，利用内耗技术并结合其它微观分析手段和数值计算方法，对功能陶瓷材料、金属高阻尼材料等中基础科学问题、液体（简单金属、合金）的内部结构和相变过程、高分子熔体和颗粒物质中异常特性进行研究，揭示材料结构与宏观物理性能之间的内在联系，研究成果受到国际上的广泛关注。发展了薄膜及小尺度试样的内耗测量方法与技术，并积极探索内耗测量与其它物理量测量相结合的方法与技术。

研究方向

⒈内耗与固体缺陷

晶界内耗研究

纳微尺度材料内耗测试技术的研究

内耗技术在快离子导体、铁电材料、压电材料等功能陶瓷材料研究中的应用新型高性能阻尼材料、面向等离子体第一壁材料的研究内耗技术在工业生产（如BH钢等）中的应用研究

⒉新型功能膜材料的制备与物性研究

新型超硬薄膜材料的研究

新型电解质材料（氧离子导体、锂离子导体、质子导体等）的制备与物性研究人工骨组织工程纳米复合支架材料的制备技术研究

⒊液态和软物质研究

简单熔体中平移序和取向序参数的定量化

简单熔体的输运性质与结构关系的普适性规律研究

复杂熔体中异常结构变化特征研究

高分子熔体能量耗散规律研究

颗粒物质中孤立波衰减、振动分离、流动与堵塞、微结构与力链分布等研究物质计算科学研究室

研究室简介

物质计算科学研究室：是经过中国科学院定位的专门致力于物质计算科学研究的实验室。研究室一直瞄准国际前沿，通过理论和计算相结合的方法，在凝聚态物理理论和材料科学中的一些重大前沿问题上做出了有特色的工作。与国内外同行具有广泛的合作，参加了多项973项目、基金委重大研究计划，承担了多项国家基金以及中科院重大、重点，创新课题。

研究方向

·新型材料的电子结构、磁结构研究

·自旋、电荷、轨道有序问题

·新的动力学模拟方法

·纳米颗粒、纳米结构、纳米阵列体系的理论研究

·非共线的磁结构的理论

·表面和界面的结构和动力学性质

·介观体系的量子输运问题

·生物大分子的结构、功能与性质

研究目标

·进行与材料设计有关的电子结构和物性的计算

·模拟和预测材料的动力学性质

·介观量子输运理论研究

·揭示新型电子材料的物理规律

·计算方法上进行创新以适应新问题的需要

研究领域

·电子结构研究

·纳米量子输运研究

·强关联电子体系理论

·动力学模拟

功能材料研究室

研究室简介

功能材料研究室主要关注于新型过渡族功能材料的基础与应用研究，并进行与功能材料相关的实验设备与仪器研发。

研究方向--新型功能材料

一.超导材料

电阻测量系统新型超导材料探索研究

实用高温超导材料应用研究

超导/铁磁及其它功能材料的复合研究；

二.过渡金属氧化物（TMO）自旋材料

新型高自旋极化率材料探索研究

新型多铁性材料探索研究

室温低场磁电阻（热）材料研究

高自旋极化薄膜及异质结材料研究

TMO中量子有序现象光诱导效应研究

磁性复合材料研究

三. 新型能源材料

新型热电材料探索研究

新型太阳能电池材料研究

四.新型微波功能材料

新型微波功能材料探索研究

新型微波功能器件研究

五.强磁场下功能材料行为

强磁场下功能材料制备

强磁场下功能材料物性

纳米材料与结构研究室

研究室简介

我们实验室是国内最早开展纳米材料研究的单位之一，也是 “八五”纳米材料国家攀登项目的三个主要支撑单位之一，在中国首次研制了一系列大型纳米材料合成设备。1995年起，本实验室被确定为固体物理研究所开放实验室，瞄准与未来信息、能源及环境产业所需要的先进材料，把发展功能纳米材料作为主攻方向，确立以研究功能纳米材料及其应用技术为特色，坚持基础与应用研究并重，为推动纳米材料与纳米结构的实用化开展研究工作。期间，主持了国家“九五”攀登项目：纳米材料科学、中科院 “九五”重大项目：人造超原子组装体系制备及物理。

研究方向

⒈ 异质纳米结构的设计、合成与性能调控；

⒉宏光尺度纳米结构的可控合成和环境中有毒有害物质痕量探测的应用基础；3．智能节能纳米材料体系的构筑及其应用基础；

⒋ 纳米材料实用化技术及其应用。

研究内容

⒈ 超高真空多靶磁控溅射和离子束沉积系统研究宏观尺度纳米结构构筑的新原理、新方法，设计特种纳米材料与纳米结构新体系；2．纳米材料和纳米结构的新现象和新规律；纳米结构体系的环境敏感性、化学稳定性、热稳定性及纳米空间物理/化学的基本问题；⒊ 纳米结构表面增强喇曼散射的调控的基本要素，表面喇曼增强的机理研究；4．宏观尺度纳米结构对环境中持久性有毒物质的信号响应和表征，纳米结构表面生物修饰及其与持久性有毒物质的信号响应及敏感性；5．纳米材料在土壤中的迁移动力学及其分布规律，纳米材料对土壤中持久有毒物质和重金属离子的去毒过程及其作用机制；6．纳米光蓄热材料和红外材料及其在智能节能领域中的应用研究；7．半导体纳米材料的光学性能及其在防伪标记中的应用研究；⒏ 纳米结构类光子晶体的研究；

9．异质纳米结构增强光电效应；

10．纳米结构有序阵列的热学性能和电输运性能研究。

预期目标

⒈ ；培养一批高层次从事纳米材料与纳米结构研究和应用的青年人才，形成一支具有创新能力和国际竞争力的优秀队伍；⒉ ；在纳米材料和纳米结构基础研究及其环境和能源领域的应用做出国际上有影响的一流成果；⒊ ；建成一个国内一流和国际上有影响的环境纳米材料科学研究平台。

材料应用技术研究室

研究方向

以半导体薄膜、热电、储能、高阻尼、超轻多孔（泡沫）金属及单晶等特殊结构及功能材料的设计、制备与应用为主要研究方向。

一、半导体功能材料及器件的设计与制备

⒈学术带头人：王玉琦（研究员、博士生导师、中国科学院“百人计划”入选者）⒉近期主要研究工作进展

⑴宽禁带半导体材料与稀磁半导体材料的制备与物性研究通高密度等离子体化学气相沉积设备过对衬底温度、As/Ga束流比等参数的实验考察，发现稀磁半导体材料GaMnAs单晶薄膜在约250℃生长时，可得到较高质量的单晶薄膜，其反射式高能电子衍射（RHEED）图为明显的（1Í2）再构图样。衬底温度或Mn源温度过高，都会形成MnAs多晶，不利于GaMnAs单晶的形成。

利用霍尔测试方法对材料载流子浓度、电阻率及载流子迁移率等电性质进行了研究。结果表明，在GaMnAs材料中存在MnGa-MnI反铁磁耦合作用及Mn杂质引起的局域磁矩，退火处理可使铁磁性增强。在260℃以下，载流子迁移率随退火温度升高而增加，但退火温度过高，则使载流子浓度下降，这是因为此时Mn离子不再提供载流子，而是形成了MnGa、MnAs等磁性第二相。

通过测量Mn电子由2p到3d跃迁的X射线吸收谱及输运性质，证明合适的退火处理可提高代位Mn原子的浓度，从而可改善材料的输运性质。

⑵GaN基整流器件的设计与制作

研究出制备宽禁带半导体器件所需的等离子体化学气相沉积系统、高密度等离子体反应离子刻蚀系统、超高真空磁控溅射靶、霍尔型离子源等关键装备，解决了现有设备存在的不足或空缺，为相关材料的制备研究提供了基本保证。

对GaN半导体器件制备工艺进行了系统研究。通过对比实验和分析，获得了有关光刻、氮化硅介质膜沉积与刻蚀、金属化等主要工艺的优化技术参数，这些参数对制备高质量GaN半导体器件具有重要的参考价值。

研究了AlGaN/GaN异质结制备欧姆接触和肖特接触的方法。通过不同的等离子体处理、热处理或腐蚀处理，使金属膜与GaN欧姆接触电阻显著下降，肖特接触势垒高度显著上升，为提高异质结质量奠定了良好的基础。

探索了AlGaN/GaN异质结材料制作肖特基势垒二极管的方法。通过理论分析和实验研究，研制出横向带有场板结构的异质结整流器件，该器件主要性能指标达到了很高的水平。

⑶氮化镓中持续光电导相关的深能级缺陷研究

对分子束外延生长的GaN持续光电导谱进行了研究。通过考察入射光波长、强度及温度对光生电流衰减的影响，以及对持续光电导谱的分析，发现光生电流衰减不符合扩展指数公式和双指数公式，而光生电流衰减对剩余载流子的依赖性则说明点缺陷模型也不适用。因此，作者提出了一个新的模型即扩展缺陷模型，证明分子束外延生长GaN的持续光电导现象与扩展缺陷有关。该模型与实验结果吻合得很好。

提出了一种测量GaN深能级缺陷光离化截面的方法，利用该方法测量了光离化截面随温度和入射光子能量的变化规律，发现引起GaN产生持续光电导现象的扩展缺陷具有类似DX中心的双稳性质，扩展缺陷电子态与声子态存在较强的耦合作用。

二、新型热电材料及储能技术

⒈学术带头人：秦晓英（研究员、博士生导师、中国科学院“百人计划”入选者）⒉近期主要研究工作进展

⑴热电材料研究：对MxTiS2夹层化合物体体系、Mg3Sb2/Mg3Bi2和Zn4Sb3金属间化合物合金体系，以及Ca3Co4O9、YCoO3氧化物体系等材料的热电性能进行了探索和研究，取得的主要进展如下：

（a）针对TiS2具有准二维结构的特点，提出将重金属和稀土元素引入其范德瓦尔斯层，利用其与主体弱耦合的特性，产生原子低频振动，散射传热声子，从而使其热导率下降。实验结果证明，将重金属Bi和稀土元素Nd、Gd等引入TiS2范德瓦尔斯层后，热导率大大降低，热电性能得到显著提高。

（b）在Zn4Sb3体系的研究中，通过改进制备方法，成功实现了Al、Ga、In等元素原子对Zn原子的替代掺杂。结果表明，适量的Al和Ga元素掺杂，可明显提高Zn4Sb3体系室温以上的热电性能，而Ga和In的替代掺杂则能有效抑制Zn4Sb3的β－α相变。

（c）通过Ca等元素替代YCoO3中的Y，可以明显提高其热电性能。

⑵纳米材料研究：成功制备出高致密（相对密度98%）、超细微结构的 NiFe/Al2O3复合材料体系。通过对不同NiFe合金成分和不同合金含量的研究发现，该复合材料体系的韧性随合金含量的提高而提高，断裂强度在合金含量为5vol.%时达到最大。最为重要的是，在Al2O3基体中引入铁磁性的γ-Ni-Fe后，体系呈现铁磁性，其饱和磁化率随合金含量的提高线性增大。这种兼有良好机械性能和磁性能的复合材料在未来机械与电子工业领域具有重要的应用价值。

三、高阻尼及金属多孔材料

⒈学术带头人：韩福生（研究员、博士生导师）

⒉近期主要研究工作进展

⑴与CuAlNiMnTi形状记忆合金马氏体相变相关的内耗现象：

（a）双峰现象：通过不完全逆相变法，在CuAlNiMnTi形状记忆合金热弹性马氏体相变中发现了两个内耗峰。其中低温内耗峰表现出宽而平缓的性质，对应于相对动力学模量的最小值，峰位与频率的关系不明显，当频率增加约两个数量级时，该内耗峰仅向高温移动几度；高温内耗峰表现出窄而尖锐的性质，对应于相对动力学模量的拐点，其峰位与频率无关（如图1、2所示）。

如果将高温峰的最大值和相对动力学模量的最小值相对于频率的对数作图，则可以看到一个由高温峰最大值组成的峰形分布，该分布对频率峰的最大值是对称的（如图3所示）。在这个频率谱上，内耗频率峰与相对动力学模量最小值曲线有良好的对应关系。该频率峰的半宽度比Debye峰的大，它是一个具有弛豫时间分布的连续谱。因此，可以认为低温内耗峰是一个新内耗峰，该内耗峰对时间的依赖性较强，它起因于热弹性马氏体相变时相界面粘滞运动所引起的软模效应。

与频率谱上的低温内耗峰的变化趋势不同，高温内耗峰的最大值在测量频率范围内与频率成反比，这一结果与Belko和Delorme模型一致。高温内耗峰通常只出现在非热弹性合金中，与软模效应无关，因此归因于相界面上原子协同式剪切位移所引起的相界面的法向迁移。到目前为止，在热弹性马氏体相变的形状记忆合金中尚未发现过。

（b）反常内耗峰现象：在CuAlNiMnTi形状记忆合金逆马氏体相变中发现了反常内耗峰现象，即当测量频率较低时，在该相变过程中出现了“负”内耗现象。初步分析后认为，该现象缘于马氏体变体和正、负损耗弹性模量的相互作用。如图4所示。

⑵超轻型泡沫金属制备技术：

超轻型泡沫金属是一种结构-功能一体化材料，其中开孔型超轻型泡沫铝在催化剂载体、传热、吸波及缓冲等领域有广泛的应用前景。经过多年的研究，中国科学院固体物理研究所在熔体发泡法、渗流法及粉末烧结法等制备工艺的研究方面均取得了一定的进展，并发展了一些新方法和新技术，在国内外享有较高的声誉。图6~11是部分多孔金属的孔形貌特征。